[논문 리뷰] A literature review on current approaches and applications of fuzzy expert systems

Mina Rajabi, Saeed Hossani외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 09. 18.

Fuzzy Logic and Control Systems인용 수 10

한 줄 요약

이 문헌 고찰은 2008년에서 2018년까지 퍼지 전문가 시스템(FES)의 발전, 응용 분야 및 추세를 분석하며, 학술지와 컨퍼런스에서의 60篇의 연구를 종합한다. 이 중에서 의료 및 산업 분야에서의 응용이 특히 두드러지게 증가하는 추세를 확인하였으며, 하이브리드 FES는 산불 크기 예측에서 81.2%의 정확도와, 구름 종류 분류에서 88.25%의 정확도를 기록하였다.

ABSTRACT

The main purposes of this study are to distinguish the trends of research in publication exits for the utilisations of the fuzzy expert and knowledge-based systems that is done based on the classification of studies in the last decade. The present investigation covers 60 articles from related scholastic journals, International conference proceedings and some major literature review papers. Our outcomes reveal an upward trend in the up-to-date publications number, that is evidence of growing notoriety on the various applications of fuzzy expert systems. This raise in the reports is mainly in the medical neuro-fuzzy and fuzzy expert systems. Moreover, another most critical observation is that many modern industrial applications are extended, employing knowledge-based systems by extracting the experts' knowledge.

연구 동기 및 목표

• 지난 10년간 퍼지 전문가 시스템(FES)의 주요 연구 추세를 규명하고 분류하는 것.
• 의료, 산업, 환경 과학과 같은 핵심 분야에서 FES의 성능 및 응용 분야를 평가하는 것.
• 특히 신경-퍼지 시스템의 감소와 산업 및 의료 분야의 FES 응용 증가 추세를 포함한 출판 초점의 변화를 분석하는 것.
• 불확실성 하에서의 의사결정 향상에 있어 하이브리드 FES 모델의 역할을 평가하는 것.
• 최근 문헌을 바탕으로 FES 프레임워크, 구성 요소 및 구현 도구에 대한 체계적인 개요를 제공하는 것.

제안 방법

• 학술지, 국제 컨퍼런스 및 주요 종합 논문에서의 60편의 동료 심사 논문을 대상으로 체계적인 문헌 고찰을 수행하였다.
• Scopus 데이터베이스의 자료를 활용하여 분야(예: 의료, 공학, 농업 등)별로 논문을 분류하였다.
• 1953년에서 2018년까지의 출판 추세를 분석하였으며, 최근 동향을 평가하기 위해 2008–2018년 기간에 집중하였다.
• 퍼지화, 추론 규칙, 규칙 기반, 탈퍼지화 구성 요소를 기반으로 FES 아키텍처를 평가하였다.
• 실제 응용 분야에서 인공지능 기법(예: 신경망 등)과 융합된 퍼지 논리 기반 하이브리드 시스템을 검토하였다.
• 출판 분포를 분야, 유형(학술지/컨퍼런스), 응용 분야별로 제시하기 위해 통계적 시각화(차트 및 표)를 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2008년에서 2018년까지 퍼지 전문가 시스템의 주요 연구 추세와 응용 분야는 무엇인가?
• RQ2 특히 의료 및 산업 분야에서 FES의 출판량과 초점 분야는 시간이 지남에 따라 어떻게 변화해 왔는가?
• RQ3 산불 크기 예측 및 구름 종류 분류와 같은 실제 예측 과제에서 하이브리드 퍼지 전문가 시스템의 성능은 어떠한가?
• RQ4 초기 기대에 비해 신경-퍼지 전문가 시스템에 대한 출판물이 감소한 이유는 무엇인가?
• RQ5 FES 연구 분야에서 가장 영향력 있는 학술지와 컨퍼런스는 무엇인가?

주요 결과

• 퍼지 전문가 시스템에 관한 출판 수는 1983년 연간 10편 미만에서 2018년에는 1,000편 이상으로 지속적인 상승 추세를 보이며 학계 및 산업계의 관심이 증가하고 있음을 시사한다.
• 출판 비중이 가장 높은 분야는 컴퓨터 과학(29.4%), 공학(28.8%), 수학(12.4%)이며, 학술지가 전체의 50%, 컨퍼런스가 43.6%를 차지한다.
• 의료 및 산업 분야의 FES 응용이 가장 빠르게 성장하였으며, 특히 진단, 치료 예측, 불확실성 하에서의 공정 최적화 분야에서 두드러졌다.
• 하이브리드 FES 모델은 UCI 산불 데이터셋을 사용하여 산불 크기 예측에서 81.2%의 정확도를 기록하였으며, 환경 위험 평가 분야에서 뛰어난 성능을 입증하였다.
• 위성 데이터를 활용한 구름 종류 분류를 위한 퍼지 추론 시스템은 88.25% ± 0.5의 정확도를 달성하였으며, 기상 응용 분야에서 FES의 효과성을 입증하였다.
• 초기 기대에 비해 신경-퍼지 전문가 시스템에 대한 출판물 수가 감소한 것은, 더 전문화되고 응용 중심의 FES 개발로의 전환을 시사한다.